Розширювачі імпульсів.

У системах передачі інформації для ослаблення впливу випадкових флуктуацій, а також для керування в пристроях автоматики нерідко потрібна з коротких імпульсів одержувати більш широкі, визначеної тривалості. Це завдання легко реалізується за допомогою чекаючого мультівібратор (одновібратора). Одновібратор є критичною схемою, яка генерує одиночний імпульс під дією зовнішнього керуючого сигналу. При цьому мається на увазі, що формується імпульс перевищує тривалість запускаючої.

Як правило, застосовують один з двох методів формування імпульсу: аналоговий або цифровий. Найбільш простим є аналоговий – використовується процес перезарядження конденсатора.

Рис. 1.9 Формувач широкого імпульсу з використанням тригера Шмітта

Приклад такої схеми показано на рис. 1.9. Для правильної роботи даного одновібратора необхідно, щоб тривалість вхідного запускаючої імпульсу була досить великою, щоб конденсатор встиг повністю розрядитися. Після закінчення запускаючої імпульсу конденсатор заряджається через резистор до величини напруги живлення. При цьому, як тільки напруга досягне Uпор – елемент D2.1 переключиться. У цьому випадку тривалість вихідного імпульсу (tі) залежить від номіналів встановлених ємності й резистора під времязадающей ланцюга. Спрощена формула дозволяє орієнтовно розрахувати тривалість імпульсу:

, Де Е – напруга живлення схеми; Uпор – рівень використовуваного порогу (рис. 1.10) для перемикання елемента.

Рис. 1.10. Області допустимих рівнів сигналу на вході МОП мікросхем

З урахуванням розкиду значень напруги порога перемикання (Uпор) тривалість імпульсу може набувати значення від tмін = 0,4 RC до tмax = 1,11 RC. Зазвичай в одновібраторах використовуються ЛЕ з одного корпусу (Кристалу). У цьому випадку розкид Unop виявляється незначним і можна прийняти tі = 0,69 RC. Це співвідношення використовується для визначення тривалості імпульсу в більшості схем, рис. 1.11 … 1.18. Епюри напруги пояснюють процеси формування вихідного імпульсу. Схеми, показані на одному малюнку, є аналогічними за логікою роботи і мають ту ж саму діаграму напруг у контрольних точках.

Рис. 1.11. Одновібратор з одного времязадающей ланцюгом

Рис. 1.12. Одновібратор на основі RS-тригера

Рис. 1.13. Одновібратор по фронту вхідного сигналу

Рис. 1.14. Одновібратор

Рис. 1.15. Формувачі імпульсу після закінчення
дії запускаючої сигналу

Рис 1.16 Формувачі імпульсів

Рис 1.17 Формувачі імпульсів

Рис. 1.18 Одновібратори з двома времязадающімі ланцюгами

На відміну від найпростішого варіанту (рис 1.9) схеми, наведені на рис. 1.11 … 1.14 не чутливі до тривалості вхідного імпульсу, через що найбільш широко застосовуються в апаратурі. Схемами, рис. 1.9, 1.15 … 1.17, властиве властивість перезапуску, тобто, якщо під час формування вихідного імпульсу з'являється черговий запускає, то відлік тривалості формованого імпульсу розпочнеться знову від моменту закінчення останнього запускаючої.

Застосовувані в схемах діоди прискорюють процес перезарядження ємності, що зменшує можливість виникнення імпульсних перешкод на виході ЛЕ.

Щоб вихідний опір ЛЕ не позначалося на точності розрахунку, а також не перевантажували вихід, резистор R1 повинен бути номіналом не менше 10 … 20 кОм. Щоб знехтувати при розрахунках ємністю монтажу, мінімальна ємність С1 може бути 200 … 600 пФ. Для отримання високої температурної стабільності тимчасового інтервалу номінал R1 повинен бути <200 кОм, а конденсатор не більше 1, 5 мкФ. Використання електролітичних конденсаторів збільшує нестабільність тимчасового інтервалу.

Для зменшення впливу розкиду значень Unop на тривалість формованого імпульсу можна скористатися схемами з двома времязадающімі ланцюгами (рис. 1. 18). Якщо постійні часу обох времязадающіх ланцюгів однакові, то при максимальному розкиді значень Unop від 0, 33Uпіт до 0,69 Uпіт зміна тривалості формованого імпульсу не перевищує 9%. Виконання одновібраторов на RS-тригері, рис. 1. 19 і 1. 20, дає можливість мати два роздільних входу запуску (по передньому фронту імпульсу), а також відразу отримувати на виходах прямий імпульс і імпульс з інверсією. Ще однією перевагою одновібраторов на RS-тригерах є можливість здійснювати запуск від повільно мінливого вхідної напруги.

Рис. 1.19. Що чекають мультівібратор: а) на D-тригері; б) на JK-тригері, в) з підвищеною стабільністю при зміні харчування

Рис 1.20. Що чекають мультівібратор зі збільшеною крутизною вихідних імпульсів
а) на D-тригері; б) на JK-тригері

Загальна тривалість що подаються на вхід S запускаючих імпульсів повинна бути менше формованого (режим, коли на входах S і R одночасно присутня лог. "1", є забороненим). На вході З тривалість запускаючої імпульсу може бути будь-хто. Діод VD1 прискорює розряд конденсатора через вихід тригера і дозволяє збільшити частоту запускаючих імпульсів (його застосування зменшує час відновлення схеми). Загальна тривалість формованих їм пульсів становить приблизно tі = 0,69 R1C1. Мінімальне значення опору R1 обмежено максимально допустимим вихідним струмом тригера Його можна змінювати в межах 20 кОм … 10 МОм, при цьому тривалість імпульсу буде змінюватися в 500 разів. Одночасне зміна значень R1 та С1 дозволяє регулювати тривалості імпульсів у межах чотирьох порядків.

Схема на рис. 1.19в забезпечує більш стабільні імпульси при зміні живлячої напруги (аналогічну схему можна зібрати і на JK-тригерах).

Для збільшення крутизни спадів вихідних імпульсів застосовують схеми показані на мал. 1.20, але в них конденсатори С1 повинні бути неполярні. При цьому тривалість генерованого імпульсу при тих же значеннях RC-ланцюга, що і в схемах на рис. 1.18, виходить приблизно в 2 рази більше.

Рис 1.21. Режим мультівібратор з підвищеною стабільністю

Кращу стабільність при зміні напруги харчування в порівнянні з представленими на рис. 1.19 варіантами забезпечує схема одновібратора на двох тригерах, рис 1. 21. Крім того, в цьому випадку підключення навантаження не впливає на тривалість генеруються імпульсів. Схема складається з двох одновібраторов, що мають спільний вхід запуску, але що виробляють на незалежних виходах імпульси різної тривалості. Імпульси на виході травня майже не залежатимуть від напруги живлення.

Рис. 1. 22 Схеми формувачів затриманого імпульсу.

Режим універсальний одновібратор можна виконати на спеціально призначеної для цих цілей мікросхемі (рис 1. 22а). В одному корпусі 564АГ1 (1561АГ1) є два одновібратора, що володіють, в залежності від комбінації керуючих сигналів на вході, властивістю звичайного запуску по передньому (вхід S1) або заднього фронту (S2), а також при необхідності може перезапускати. Вхід R є пріоритетним по відношенню до решти вим входів і встановлює значення сигналу Q = 0 (якщо вхід R не використовується, то підключається до + Uпіт).

Загальна тривалість формованого сигналу (tі, Q = 1) задається відповідною зовнішньою RC-ланцюгом: tі = 0,5 RC для С> 0,01 мкФ. Більш точно визначити дозволяє наводиться у довіднику [Л8] діаграма.

Рис. 1. 23 Режим мультівібратор на тригері з можливістю перезапуску.

Рис. 1. 24 Режим мультівібратор з можливістю перезапуску.

Якщо потрібно мати перезапуск одновібратора на тригері, у разі приходу чергового вхідного імпульсу під час формування інтервалу, то схема на рис. 1.23 дозволяє збільшити тривалість вихідного імпульсу за рахунок початку відліку з моменту закінчення запускаючої сигналу. Аналогічна схема наведена на рис. 1. 24. Коли на вході діє лог. "0", конденсатор заряджений до величини напруги живлення (Лог. "1"). При надходженні запускаючої імпульсу з тривалістю, достатньою для розряду конденсатора, тригер перекинеться і генерує імпульс. Загальна тривалість цього імпульсу, після закінчення дії вхідного сигналу, визначається за необхідне часом для заряду конденсатора до рівня лог. "1".

Рис. 1.25 Режим мультівібратор з підвищеною крутизною фронту вихідних імпульсів.

Схема (рис. 1.25), на відміну від вищенаведеної, дозволяє одержати більш круті фронти у сигналу на виходах тригера Друга перевага цієї схеми полягає в тому, що після закінчення вироблюваного імпульсу конденсатор швидко розряджається через діод від рівня Uпор замість дозаряда до рівня харчування (Е) З-за цього наступний запускає імпульс може бути значно коротшим, при збереженні нульового часу відновлення

Другий метод отримання імпульсу потрібної тривалості пов'язаний з використанням лічильників – цифрових одновібраторов Їх застосовують, коли часовий інтервал повинен бути дуже великим або висувають високі вимоги до стабільності формованого інтервалу У цьому випадку мінімальна тривалість одержувана обмежена тільки швидкодією використовуваних елементів, а максимальна тривалість може бути будь-який (на відміну від схем, що використовують RC-ланцюга).

Рис. 1. 26 Цифровий одновібратор на програмованому лічильнику.

Принцип роботи цифрового одновібратора заснований на включенні тригера вхідним сигналом і відключення через часовий інтервал, який визначається коефіцієнтом перерахунку лічильника. Використання в одновібраторе лічильників з перемикається коефіцієнтом поділу, рис. 1.26, дозволяє одержати імпульс будь-який тривалості. Мікросхема 564ІЕ 1915 складається з п'яти віднімаються лічильників, модулі перерахунку яких програмуються паралельної завантаженням даних в двійковому коді. На завантаження чисел у лічильники потрібно три такти, тому можна встановлювати коефіцієнт ділення N> 3 [Л2].

М Nmax
2 17331
4 18663
5 13329
8 21327
10 16659

 

Номер
виведення

мк / сх

Логічний рівень для модуля М

2

4

5

8

10

#

14

1

0

1

0

X

X

13

1

1

0

0

1

0

11

1

1

1

1

0

0

У таблиці наведені максимально можливі коефіцієнти ділення залежно від значення М. При значеннях М = 0 рахунок заборонений. Сигнал на вході S управляє режимом періодичного (0) і одноразового (1) рахунку. Двійковий код для різних значень модуля М береться з таблиці 1.3 (# – заборона рахунку, х – будь-яке стан, лог. "О" або "1"). Загальний коефіцієнт ділення мікросхеми визначається за формулою:

N=M(1000P1+100P2+10P3+P4)+P5 .

При роботі цифрового одновібратора з кварцовим автогенераторів тактової частоти забезпечується більш висока стабільність тривалості вихідного імпульсу, що дозволяє їх використовувати у вимірювальних приладах.

Рис. 1.27. Цифровий одновібратор з підвищеною стабільністю
тимчасового інтервалу

Рис. 1.28. Цифровий одновібратор

На рис. 1.27 показаний приклад найпростішої схеми для отримання імпульсу з допомогою лічильника. Роботу одновібраторов пояснюють діаграми, показані на малюнках. Загальним недоліком наведених на рис 1.27 і 1.28 схем є випадкова похибка, пов'язана з довільно фази генератора, що задає в момент запуску. Похибка може складати до періоду тактової частоти і зменшується зі збільшенням частоти генератора і коефіцієнта перерахунку лічильника. Усунути цей недолік дозволяє схема на рис. 1.28 (генератор включається при появі запускаючої імпульсу).

У початковому стані на виході лічильника D2 / 3 (4) присутня напруга лог. "1", що забороняє роботу автогенератора на D1.1, D1.2. Запускає імпульс обнуляє лічильник D2, і на його виході D2 / 3 буде лог. "0" до моменту, поки він не дорахували до появи на D2 / 3 лог. "1". Оскільки формування вихідного імпульсу завжди починається з одного і того ж стану генератора, що задає, то виключена випадкова похибка тривалості імпульсу, але ця схема має інший недолік: при включенні живлення вона формує на виході імпульс невизначеної тривалості (в межах заданого інтервалу). Схемою властиве властивість перезапуску у разі, якщо під час формування вихідного імпульсу з'являється черговий запускає (відлік тривалості формованого імпульсу починається заново).

Рис 1.29. Одновібратор із синхронізацією тривалості вихідного імпульсу
з частотою тактового генератора

Схема, показана на рис 1.29 в момент вступу на вхід запускаючої імпульсу, забезпечує на виході сигнал, тривалість якого дорівнює періоду тактової частоти (T = 1/fт). При кварцовою стабілізації частоти генератора (fт) схема може використовуватися як високостабільного одновібратора.

Джерело матеріалу